[發明專利]一種多重屏障體系內水化學環境演化研究的方法

在審

• 申請號: 202011301103.3
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112505078A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 柴娜娜;徐輝;司高華;葛一雷;梁威;王煜;陳潔
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍63653部隊
• 主分類號: G01N23/207
• 分類號: G01N23/207;G01N23/20008;G01N31/16;G01N15/08;G01N17/00;G01N33/18;G01N33/24;G01N1/28
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 王穎

本發明公開了一種多重屏障體系內水化學環境演化研究的方法，步驟為：S1、采集多重屏障體系所涉及的巖礦樣品，確定樣品的礦物組成等相關參數；S2、采集地下水，確定初始地下水的各項化學參數；S3、對礦物樣品開展巖土材料物性參數測試研究，測定飽和滲透系數、孔隙率、陽離子交換容量等相關參數；S4、對包裝容器開展腐蝕模擬實驗，以確定容器在該屏障體系內的平均腐蝕速率；S5、開展長期數值模擬研究。本發明提供的方法不具有局限性，可適用于各種不同處置庫結構，并在一系列物性參數測試研究和模擬實驗的基礎上，確定多重屏障體系內水?巖相互作用和容器腐蝕過程中發生的多組分、多變量的化學反應。

技術領域

本發明屬于環境科學和地球化學技術領域,涉及一種多層屏障體系內水化學環境演化研究的方法,該方法可應用于處置庫選址和廢物處置安全評價。

背景技術

隨著核電的快速的發展，我國將累積相當數量的高放廢物，安全、有效地處理和處置這些高放廢物對于核技術的廣泛應用至關重要。我國高放廢物處置的策略是將廢物固化后進行深地質處置，利用包裝容器、工程屏障和天然屏障等多重保護，使其與人類生存環境有效地隔離。

由于高放廢物的放射性總活度和比活度大，毒性高，其中多種核素的半衰期很長，因此處置庫的設計安全年限一般在10萬年甚至100萬年。在此期間，處置庫的多重屏障可能因降雨、風化、腐蝕及地殼活動等受損，使其中的放射性核素釋放出來，其中水化學環境和地質介質對放射性核素的溶解和阻滯是長期控制放射性核素擴散遷移的關鍵因素，在長達萬年的處置時間內，水與介質材料的相互作用又會進一步改變水化學環境，因此，為了準確地預測核素的遷移行為，評估處置庫的長期安全性，多重屏障環境下的水化學演化規律是最為重要的一環，然而，在研究水化學環境演化的過程中，光靠實驗手段是不夠的，必須建立相應的模型，才能獲得預測核素時間和空間尺度上的分布。

目前我國針對高放廢物處置庫的研究，主要集中在花崗巖與地下水之間的相互作用上，對于處置庫近場水化學環境隨時間和空間變化的研究較少，并且存在以下幾個問題：

(1)水化學環境演化研究上，多采用反向模擬，即以質量守恒原理為基本理論，初始水溶液組分+反應物＝終點水溶液組分+產物，式中的“反應物”和“產物”是指反應過程中進入或離開溶液的物質，可以是氣體、固體或離子交換，是一套模糊相。在給定的水文地質系統中，一般情況下，有多種“可能反應物-產物”組合滿足上式，這時就需要根據研究區的巖性、地質、水文地質條件等因素，以及組分分布計算結果、熱力學參數、同位素資料來確定該條件下最有可能的“反應物”和“產物”，因此僅僅通過起點和終點不能準確獲得該條件下水化學的形成和演化規律，尤其對于特定路徑下的水化學演化，反向模擬并不能滿足要求；

(2)目前，水化學環境演化場景多是天然花崗巖屏障與地下水之間的相互作用，沒有涉及到近場環境下多重屏障結構所面臨的復雜問題，例如容器腐蝕、多種屏障層間的化學反應等。

綜合上述，在水-巖相互作用反應機理的基礎上，建立水化學環境演化模型，發展更準確、更系統的多重屏障體系下水化學環境演化研究的方法是評價處置庫能否可靠阻滯放射性廢物遷移的關鍵因素之一，決定了我國處置庫選址、放射性廢物安全評價及核技術的可持續發展。

發明內容

本發明針對現有研究方法不能滿足多重屏障體系內水化學環境演化的需求，現提供一種大尺度時間范圍下多重屏障體系的正向模擬研究方法，并在一系列物性參數測試研究和模擬實驗的基礎上，確定多重屏障體系內水-巖相互作用和容器腐蝕過程中發生的多組分、多變量的化學反應。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種多重屏障體系內水化學演化研究方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、采集多重屏障體系所涉及的巖礦樣品，并確定所述巖礦樣品的礦物組成的相關參數；

S2、采集地下水，確定初始地下水的各項化學參數；